【摘要】：隨著汽車輕量化的發(fā)展需求,熱沖壓成形工藝所成形的超高強(qiáng)鋼板得到大量的應(yīng)用。與傳統(tǒng)的冷沖壓技術(shù)相比,熱沖壓技術(shù)因處于高溫工況下,材料的可塑性增強(qiáng),成形性好,能夠一次成形復(fù)雜的沖壓件。并能明顯降低冷沖壓成形中存在的回彈現(xiàn)象,零件精度高,成形質(zhì)量能夠得以保證。但目前熱成形工藝仍有諸多問題有待解決,如工件在折彎處的輕微回彈和局部起皺現(xiàn)象,金屬表面損傷較為嚴(yán)重以及熱成形所造成的金屬組織分布不均等問題。本文基于數(shù)值仿真手段構(gòu)建粗糙表面高溫接觸摩擦有限元模型,對接觸下壓和滑動過程進(jìn)行熱力耦合分析,以探究高溫摩擦界面微觀摩擦磨損機(jī)理。本文基于MATLAB與ANSYS構(gòu)建出隨機(jī)粗糙表面,利用APDL參數(shù)化設(shè)計語言實(shí)現(xiàn)熱成形接觸摩擦有限元模型的建立。通過改變粗糙實(shí)體粗糙度、溫度、外載大小來設(shè)置多種工況,進(jìn)行三維瞬態(tài)熱-力直接耦合分析,研究接觸下壓過程中接觸界面壓力、粗糙實(shí)體Von Mises應(yīng)力、光滑實(shí)體溫度和接觸界面真實(shí)接觸面積的變化等情況,以及接觸滑動過程中接觸界面壓力、粗糙實(shí)體Von Mises應(yīng)力、真實(shí)接觸面積和高溫接觸相關(guān)摩擦學(xué)性能變化等情況。結(jié)果表明,高溫工況下,接觸壓力、粗糙實(shí)體Von Mises應(yīng)力和真實(shí)接觸區(qū)域主要分布在粗糙實(shí)體微凸峰附近,隨著下壓過程中外加壓力的增大而增大,滑動過程中呈穩(wěn)定波動狀態(tài),整體數(shù)值大小與所施加溫度及載荷有直接聯(lián)系;相同條件下,溫度越高,粗糙度越低,真實(shí)接觸面積比越大,粗糙實(shí)體Von Mises應(yīng)力和接觸界面節(jié)點(diǎn)最大接觸壓力值越小;當(dāng)接觸狀態(tài)由粘結(jié)接觸轉(zhuǎn)變?yōu)榛瑒咏佑|,接觸壓力在短暫時間內(nèi)出現(xiàn)了大幅度的急劇下降,而最大Von Mises應(yīng)力則迅速變大,真實(shí)接觸面積將繼續(xù)增大一定值;塑性變形量與作用壓力成正比,且在接觸狀態(tài)改變初期塑性應(yīng)變在切向摩擦力作用下進(jìn)一步的增大;最大Von Mises應(yīng)力在接觸摩擦滑動過程中分布于亞表層,揭示了材料失效的原因;粗糙表面初始接觸時微凸峰相對于接觸表面發(fā)生相對滑動,隨著外載的增大才處于粘結(jié)接觸狀態(tài);不同工況條件下的粗糙實(shí)體的振動規(guī)律大致相同,滑動階段中粗糙實(shí)體溫度越高,載荷越大,振動幅值越小,即滑動狀態(tài)越平穩(wěn)。本文通過有限元方法研究微觀高溫粗糙接觸滑動摩擦作用機(jī)理,所得結(jié)論可為高溫?zé)岢尚喂に嚨膬?yōu)化提供一定的理論指導(dǎo)。
【圖文】：

為了響應(yīng)國家節(jié)能減排的號召，輕量化的設(shè)計理念學(xué)者們的廣泛重視。輕量化實(shí)現(xiàn)途徑主要包括結(jié)構(gòu)的工藝以及輕量化新材料的應(yīng)用。隨著工業(yè)水平迅速發(fā)不斷涌現(xiàn)，如高強(qiáng)度鋼、鎂鋁合金、復(fù)合材料、工程材料成形工藝的要求會隨之提高。典型的輕量化成形光加工、液壓成形、半固態(tài)成形等得以廣泛應(yīng)用和推傳統(tǒng)的冷沖壓技術(shù)與熱處理相結(jié)合，能夠成形強(qiáng)度高典型應(yīng)用為超高強(qiáng)鋼板熱成形技術(shù)，并已成為國內(nèi)外要應(yīng)用于 A、B 柱，前后保險杠、橫向支撐梁等關(guān)鍵汽車輕量化目標(biāo)，，如圖 1.1 所示。與傳統(tǒng)的冷沖壓技溫下，材料的可塑性增強(qiáng)，成形性好，能夠一次成形冷沖壓成形中存在的回彈現(xiàn)象，零件精度高，成形質(zhì)成形工藝仍有諸多問題有待解決，例如工件在折彎處，金屬表面損傷較為嚴(yán)重以及熱成形所造成的金屬組

量化技術(shù)的不斷發(fā)展，熱成形工藝也不斷的完善，熱成形度以上的成形工藝，它的優(yōu)點(diǎn)是高溫下金屬的塑性增強(qiáng)，容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，回彈和起皺。熱成形過程所涉及的因模具間不僅會發(fā)生熱傳導(dǎo)，也會與周圍環(huán)境發(fā)生對流換熱料熱物理屬性也會隨溫度而變化，目前對于熱成形接觸摩過試驗(yàn)手段，而利用數(shù)值方法而進(jìn)行的研究較少，且絕大，罕見從微觀角度出發(fā)深入研究熱接觸摩擦行為，該領(lǐng)域仍有大量研究工作有待開展和探索。數(shù)值仿真關(guān)鍵技術(shù)不僅是包含幾何非線性、材料非線性、性問題，其更是一個集結(jié)構(gòu)場、溫度場和相變多場耦合的、應(yīng)力應(yīng)變和加熱三個方面之間的相互作用關(guān)系如圖 1.2 下，金屬微觀組織成分會發(fā)生變化，導(dǎo)致板料及模具的熱隨之而發(fā)生變化，因此熱成形數(shù)值仿真必須考慮溫度場變和微觀組織變化之間的相互影響情況。
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TH117

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3 張思Z

本文編號：2588230